NO323045B1 - Pale til forankring av flytende konstruksjoner, og fremgangsmate for a installere denne - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en langstrakt påle med en stengt tupp til bruk i operasjoner som involverer forankring av konstruksjoner på havbunnen, spesielt på steder der det er umulig å benytte drivanker.

Flytende konstruksjoner for å borre etter og produsere petroleum blir forankret på sjøbunnen ved hjelp av drivplater eller ankere, betongkonstruksjoner, plater eller påler som kan tvinges inn, eller ved hjelp av påler som blir borret og sementert inn.

Påler som blir tvunget inn kan bli installert ved hjelp av påledrivmekanismer, blåsing, eller et sugesystem (anvendbart for korte påler med et stort tverrsnitt). I løpet av påleinstalleringsoperasjoner, krever disse inntvingings systemene spesielt utstyr som for eksempel store støttefartøyer eller utstyr som kan bli operert på sjøbunnen ved å benytte hydrauliske enheter styrt fra servicefartøyer.

Når det er nødvendig å operere på steder der sjøen er svært dyp, blir slike operasjoner vanskeligere, omstendelige og kostbare.

Hensikten til den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en påle som er spesielt anvendbar for bruk ved oppankring av flytende konstruksjoner i dype farvann, og som kan bli tvunget inn i sjøbunnen ved hjelp av enklere og billigere anordninger enn de som er tilgjengelige på markedet og som sikrer pålitelige resultater.

Teknologien som vedrører påler for å feste konstruksjoner av de mest varierende typer har blitt studert og konsolidert i lang tid. Utviklingen av påler til bruk på sjøbunnen har imidlertid i de siste årene gjort stor fremgang, i prinsippet fordi det ble av avgjørende betydning å utvinne petroleum fra offshore-reserver på store dybder (nært opptil 2000 meter under havoverflaten).

Søkeren har utført studier med sikte på å gjøre levedyktig ulike typer av rørformede påler med lukket tupp, siden disse tillater svært pålitelige resultater sammen med en reduksjon i operasjonskostnader.

Brasiliansk patent PI-8704412-9 beskriver en påle som er konstruert spesielt for bruk på oljeletings-og -produksjonsplattformer lokalisert i dyptvannsområder, der den prinsipielle karakteristikken av denne pålen er lukkingen av pålens tupp, bestående av et aksesymmetrisk skall med en tykk vegg av konisk form, for slik å bli istand til og gjøre pålen kapabel til å trenge inn i havbunnen mens dens strukturelle helhet opprettholdes. Brasiliansk søknad PI-9002463-0 beskriver en type påle for fundamentering av plattformer kjent som en "tyngdekraftspåle", som innbefatter to konsentriske rør hvis annulare rom er fylt med en sammensetning med en høy egenvekt, og som har i avstander av lik lengde støpte eller smidde ringer med en innsnevring i deres sentrale parti.

Brasiliansk søknad PI-9303646-9 presenterer et fundamenteringssystem for strekkstagsplattformer ved hvilke stagene er forankret direkte til en holder montert inne i en påle som er tvunget inn i havbunnen for å unngå bruken av rigide fundamenteringskonstruksj oner.

WO 87/03260 fremlegger et inntrengningslegeme for å forankre flytende konstruksjoner, som innbefatter et langstrakt legeme utstyrt med en konisk pekende tupp i dens nedre ende, en lukkeplate i dens øvre ende, vertikale finner nær dens topp og et parti med ballast i det indre av det rørformede partiet.

Den foreliggende oppfinnelse er resultatet av en fortsettelse av tidligere studier som fokuserer på forenklingen av operasjoner for å installere den aktuelle pålen og også på kostnadsreduksj oner.

Et første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse vedrører en påle for å forankre flytende konstruksjoner i dypt og svært dypt farvann, og som innbefatter: Et langstrakt legeme tilveiebragt med en konisk spiss tupp i sin nedre ende og en lukkeplate i dens øvre ende; vertikale finner nær toppen av nevnte legeme; og materialer av høy egenvekt fordelt innenfor det indre av det langstrakte legemet på en slik måte at tyngdepunktet til pålen er plassert godt nedenfor dens oppdriftssentrum, der typen av ballast og dets fordeling i pålelegemet er definert som en funksjon av den ønskede inntrengning av pålen på sjøbunnen, hvori pålen inkluderer en hastighetsbegrensende anordning utformet av en massiv plate lenket til et system av aksielt utstrekkende finner og forbundet med toppen av pålen ved hjep av en kabel.

Et andre aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for å installere pålen utfra det første aspektet ved bruk av potensiell energi generert i det frie fallet av pålen fra et fartøy for å forsikre at det trenger inn i sjøbunnen. Foretrekningsvis senkes pålen ned fra et fartøy til en forutbestemt dybde over sjøbunnen mens det er støttet av klyss eller kabler. Siden blir nevnte klyss eller kabler løsgjort, og pålen blir derfor tillatt å synke i fritt fall og trenge inn i havbunnen etter å ha støtt mot denne.

For å gjøre det lettere og forstå oppfinnelsen, vil den bli beskrevet med henvisning til de medfølgende tegninger, der: Figur 1 viser skjematisk en første utførelsesform av pålen i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Figurene 2 og 6 viser skjematisk ytterligere utførelsesformer for pålen i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Figurene 3 og 4 viser detaljer av to lignende former av forbindelsen mellom klyss og påle.

Figur 5 viser drivankeranordningen for å begrense synkehastigheten til pålen.

Figur 7 viser i detalj lukkeplaten til pålen i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Som det fremgår av figurene 1,2 og 6, innbefatter pålen igrunnen et langstrakt legeme 1, tilveiebragt med en konisk spiss tupp 2 i sin nedre ende og med en lukkeplate 3 i sin øvre ende vist i detalj i figur 7. For å sikre stabiliteten i løpet av senkningen til sjøbunnen, har pålen også et flertall av vertikale finner 4 nær toppen. Det indre av det langstrakte legemet 1 er fylt med ballastmateriale av høy egenvekt, slik som for eksempel hematitt, betong, støpejern eller lignende, der denne ballasten 5 blir fordelt på en slik måte at tyngdepunktet av sammenstillingen er lokalisert i et punkt som er så lavt som mulig med hensyn til oppdriftssenteret for pålen.

Fordelingen av ballast kan bli oppnådd på ulike måter. Utførelsesformen illustrert i figurene 1,2 og 6 er presentert utelukkende som et eksempel.

I figur 1 er det langstrakte legemet 1 fylt med betong i det laveste partiet og med lettere sement i det midterste partiet, mens det øvre partiet forblir tomt.

I utførelsesformene illustrert i figurene 2 og 6, består ballasten av støpejemssylindere, der sylinderne er massive i det nedre partiet, mens tomme sylindere blir benyttet i det midterste partiet og der rommet i det øvre partiet ikke er fylt. I alle tilfellene er den øvre enden av det langstrakte legemet lukket av en plate 3 (figur 7) sveiset på dens øvre ende.

Det vil være opplagt for en fagperson at det er mulig å anvende andre mulige kombinasjoner, med diverse materialer og arrangementer, der formålet er å senke tyngdepunktet til pålen. Allikevel vil slike kombinasjoner bli inkludert innenfor omfanget av oppfinnelsen.

For å lenke pålen til forankringslinen, blir det benyttet kabler eller klyss 6 som består av lenker. Klyssene kan være forbundet med pålelegemet på ulike måter.

Hvis ballasten 5 er laget av sement, kan klysset 6 være innstøpt inne i det langstrakte legemet 1 og kan gå ut via en sideåpning 7 på samme måte som klysshullene som eksisterer på sidene av skip for å tillate ankeret å bli senket, og dette tillater trossen å bli bendt av en kraft som opptrer i en hvilken som helst retning. Denne situasjonen er vist i detalj i figur 3. For å forskyve reduksjonen i tverrsnittet av røret 1, kan det benyttes en indre forsterkning 8 (i figurene 3 og 4) i området ved sideåpningen 7.

Når pålen er fylt med et annet materiale, kan også de samme typer av klysshull benyttes, men forbindelsen mellom klysset 6 eller kabelen og pålen vil bli oppnådd ved hjelp av sveising av splinter eller flenser festet til et øye 9, som vist i figurene.

Klysshullene nevnt ovenfor kan, når dette er hensiktsmessig, være konstruert av rør og sveiste plater som i figur 3, eller av støpejern eller smidd stål som i figur 4.

En ytterligere mulighet består i å utgjøre forbindelsen ved hjelp av et øye 10 fiksert til toppen av pålen og/eller et øye 11 fiksert til en midtre seksjon 11 på det langstrakte legemet 1 som vist i figurene 2 og 6. Selv med denne type festemåte, kan pålen være utstyrt med et klysshull 7 i sin øvre ende som vist i figurene 6 og 7 for å tillate klipset eller kabelen å gå ut i en hvilken som helst retning.

Både typen av ballast som skal benyttes og måten ved hvilken klipsene eller kabelen er forbundet med pålen, avhenger av (i) den ønskede inntrengningen av pålen inn i sjøbunnen, (ii) fremgangsmåten for installasjon av pålen og (iii) forankringslaste-kapasiteten påkrevet av konstruksjonen.

Fremgangsmåten for å tvinge inn pålen benyttet i den foreliggende oppfinnelse gir fordelene av presisjon og enkelhet ved bruk. Den er basert på konseptet med å slynge ut et legeme i fritt fall, og å anvende den potensielle energien som blir generert ved senking av pålen for å oppnå at den trenger inn i sjøbunnen.

Pålen blir sluppet ut ved hjelp av et fartøy, som for eksempel en slepebåt. Pålen blir senket ned til en forutbestemt dybde over sjøbunnen, støttet av trosser 6 eller kabler og blir så løsnet for å falle i fritt fall. Høyden på det frie fallet blir beregnet for å sikre at pålen når sjøbunnen i en hastighet som er tilstrekkelig til å tvinge den inn i den ønskede distanse. For eksempel minimaliserer den sylindriske formen med en konisk tupp, som minner om en torpedo, fortrengningsmotstanden i vannet og i sjøbunnen for slik å tillate en hastighet som øker i løpet av det frie fallet slik at man oppnår en effektiv inntrengning i sjøbunnen etter møte med denne. De vertikale stabiliseringsfinnene 4 og den egnede fordelingen av ballasten 5 som lokaliserer tyngdepunktet godt under oppdriftssenteret, forhindrer pålen fra å tomle i løpet av fallet. Finnene 14 er rette (det vil si at de strekker seg radielt utover fra linjer som er parallelle med påleaksen). Når kabelen eller trossen 6 strekker seg gjennom den øvre enden av pålen, kan de imidlertid være utformet for å bevirke rotasjon av den fallende pålen om dens akse.

Det kan oppstå et behov for å slippe pålen fra enhver høyde ovenfor sjøbunnen som gir en hastighet på pålen som er over den som er påkrevet for å trenge den inn. I et slikt tilfelle kan maksimalhastigheten som kan oppnås med pålen bli begrenset ved bruk av en hydrodynamisk drivankeranordning, som kan utgjøre endel av pålelegemet, slik som for eksempel anordningen vist i figur 5.

Den hastighetsbegrensende anordningen innbefatter en bremseplate dannet av en massiv plate 12 lenket til et system av vertikale (aksielle) finner 13 og forbundet med toppen av pålen, eller til toppen av klysset (vist i figur 2) ved hjelp av en kabel 14. Diameteren til platen 12 er en funksjon av maksimalhastigheten som ønskes oppnådd for pålen, og vil bli definert etter en hydrodynamisk analyse av systemet.

Begrensning av hastigheten kan også bli oppnådd ved (i) å regulere vekten og de ytre dimensjonene til pålen, (ii) variere egenvekten, det vil si materialet benyttet som ballast, eller (iii) å variere seksjonen og lengden av det langstrakte legemet i løpet av hydrodynamisk analyse i fritt fall og i løpet av geomekanisk analyse ved inntrengning i sjøbunnen. Hvis torpedokonfigurasjonen er valgt som en funksjon av maksimalhastigheten i fritt fall i vannet, kan slippet skje fra sjøoverflaten, som betraktelig forenkler feltoperasjoner.

Claims (8)

1. Påle for forankring av flytende konstruksjoner, karakterisert ved at den innbefatter et langstrakt legeme (1) tilveiebragt med: I sin nedre ende en konisk spiss tupp (2), i sin øvre ende en lukkeplate (3), vertikale finner (4) nær toppen, og i det indre av det rørformede partiet en ballast (5) kjennetegnet ved at ballasten (5) er utformet av materiale av høy egenvekt fordelt på en slik måte at tyngdepunktet til pålen er plassert godt nedenfor oppdriftssenteret; ved at typen av ballast (5) og dens fordeling i legemet til pålen er definert som en funksjon av den ønskede inntrengning av pålen i sjøbunnen, og ved at pålen inkluderer en hastighetsbegrensende anordning utformet av en massiv plate (12) lenket til et system av aksielt rettede finner (13) og forbundet med toppen av pålen ved hjelp av en kabel (14), idet pålen har en sideåpning (7) av klysstype.

2. Påle i henhold til krav 1, karakterisert ved at sideåpningen (7) av klysstype er tilveiebragt med en indre forsterkning (8) for å gjøre det mulig for trossene (6) og/eller kablene og gå ut fra pålelegemet.

3. Påle i henhold til krav 1, karakterisert ved at det har øyne plassert i toppen (10) og/eller i den midtre seksjon (11) av det langstrakte legemet (1) for forbindelse av trossene (6) og/eller kablene til pålelegemet.

4. Påle i henhold til krav 1, karakterisert ved at når forankringslinen er forbundet med pålelegemet via toppen av legemet, har pålen i sin øvre ende et utløp av klysstypen der trossen (6) og/eller kabelen går ut gjennom.

5. Påle i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at diameteren til en massiv plate (12) er en funksjon av maksimalhastigheten som er ønsket for pålen.

6. Fremgangsmåte for å installere en påle i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at pålen senkes fra et fartøy ned til en forutbestemt dybde over sjøoverflaten mens den er støttet av klyss (6) eller kabler; ved at nevnte klips eller kabler så blir løsgjort ved pålen; og ved at den løsgjorte pålen blir tillatt å synke i fritt fall og å trenge inn i sjøbunnen etter et sammenstøt med denne.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 6, karakterisert ved å benytte en hastighetsbegrensende anordning for å regulere maksimalhastigheten som skal oppnås av pålen.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 6 eller 7, karakterisert v e d å regulere maksimalhastigheten som kan oppnås av pålen, ved hjelp av kombinert regulering av vekten og av de ytre dimensjonene til pålen.